大众、奥迪48V轻度混动系统及其48V供电网深入解析

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大众48V轻度混动系统

MHEV 是 Mild Hybrid Electric Vehicle的缩写,是“轻度混合动力电动车”的意思。这种车上通常多了一个蓄电池和一个小电机。因此,像增强型能量回收以及通过电机来辅助发动机这样的功能就都能实现了。发动机负责车辆驱动和产生电能,MHEV是无法纯电动行驶的。2018款全新奥迪A8L是一种48V的轻度混合动力电动车(MHEV)。多一个48V蓄电池,电机就是起动发电两用机。

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48V轻度混合动力电动车带来很多新功能,既提高了效率也提高了驾驶舒适性。这些新功能需要另外的操纵和显示。在Audi A8上可实现下述功能:

①车速< 22 km/h也可实现自动起停

②起动发电两用机可辅助发动机来工作

③更强的能量回收功能

④发动机可关闭的智能惯性滑行

⑤通过起动发电两用机改善了发动机起动舒适性

⑥通过起动发电两用机改善了发动机关闭时的舒适性

⑦通过起动发电两用机可让发动机立即再起动 (改变主意的情形)

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1.自动起停

车速<22 km/h可以由智能起停系统启动发动机停机功能了,比如在滑行到红灯处时。驾驶员在组合仪表上可以看到转速表指针位于 “READY”位置以及绿色的自动起停符号。

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如果并非所有条件都满足,那么自动起停系统不会让发动机自动关机。比如:发动机可能还在预热阶段,在高速公路上行驶时发动机机油温度可能过高了,空调系统阻止发动机自动关机等。在这种情况下,车辆停住时发动机会怠速运行,可看到白色的自动起停符号。

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2.智能惯性滑行/发动机关闭功能

搭载48V轻度混动系统的全新A8L车型具有智能惯性滑行/发动机关闭功能。

在特定的有前瞻性的情形时,使用这种惯性滑行模式。只有前瞻功能才会要求使用滑行(发动机工作或者发动机不工作)。普遍适用的是: 驾驶员将脚移离油门踏板,那么车辆必会进入减速超速状态,除非前瞻功能(高效辅助、车距调节或者定速巡航装置)要求使用惯性滑行模式。此功能可以在MMI上的“驾驶员辅助系统/高效辅助系统”这个菜单项下选择智能惯性滑行功能。

智能惯性滑行/发动机关闭功能应用的条件:

①车速在55km/h~160km/h范围内

②变速器处于D挡或efficiency模式(高效驾驶模式)

③未踏下加速踏板和制动踏板

④下坡坡度<4%

⑤上坡坡度<3%

⑥横向加速度<1.5m/s2

如果智能惯性滑行模式已激活且发动机已关闭,可从组合仪表上识别出这个状态。车速表指针在55km/h~160km/h的范围内,转速表指针在“READY”位置处,绿色自动起停符号亮起。

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如果仅是激活了这个惯性滑行模式而发动机仍在工作着,那么组合仪表是下面这样显示的。车速显示高于0km/h,转速表显示怠速转速。

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3.更强的能量回收效率

能量回收是指利用车辆滑行时的动能来给蓄电池充电。由于轻度混合动力电动车有附加蓄电池,因此就比以前的车有更大的能量回收能力。全新奥迪A8L上配备有锂离子电池和48V起动发电两用机,使得其能量回收能力高达12kW。“滑行能量回收”在组合仪表上是以50%的显示出现的。“增强型能量回收”是高效辅助系统要求的,在组合仪表上是以100%的显示出现的。

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4.起动发电两用机对车辆部分工况的改善

①改善起动机停止时的抖动:发动机停机时会有抖动现象发生,起动发电两用机有针对性的对发动机实施制动,可明显降低发动机停机抖动。

②随时可以起动发动机:起动机工作时,起动发电两用机为高电压起动机,转矩大起动效果比12V小齿轮起动机更舒适。并且由于起动发电两用机是通过多楔皮带与发动机永久相连的,即使发动机没有完全停下来也是可以再次起动的。比如:自起停装置已经把发动机关闭了,但发动机并为完全停下来,此时车辆需要加速行驶,只需要踩下加速踏板,启动发电两用机便立刻重新起动发动机。

③在部分负荷范围内提高发动机转矩或功率:在发动机运转过程中,起动发电两用机可当成电机来使用,在某些负荷范围时可以对发动机起帮助作用,降低了油耗。电机模式可输出额定功率约6kW,最大转矩60N.m。

大众奥迪48V供电网


1.系统组成

奥迪车系48V供电技术在奥迪 SQ7上就已经采用了,但是在SQ7上只是子供电网,带有12V发电机。这个12V发电机通过变压器(DC-DC)A7来给48V蓄电池供电,48V蓄电池再给特殊部件供应48V的直流电。随着48V子供电网的引入,还出现了两个新的端子名称:

端子40-48V正极

端子41-48V负极

奥迪A8 (车型 4N)是第一个装备有48V主供电网的奥迪车型,使用了水冷式皮带驱动的起动发电两用机以及一个48V锂离子蓄电池。这个48V供电网同时也是MHEV(mild hybrid electric vehicle,轻度混合动力电动车)技术的基础。这款奥迪 (车型 4N) 也经常被称作48V-MHEV。奥迪A8 48V供电网部件组成如图1所示。

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图1-奥迪A8 48V供电网部件组成


48V供电网的主要部件是皮带驱动的起动发电两用机和锂离子蓄电池。这个皮带驱动的起动发电两用机在作为发电机用时,功能就是为48V供电网提供电能;如果作为起动机,就是48V供电系统中的用电器了。变压器(DC-DC)A7就是48V供电网和12V供电网之间的连接部件。

12V供电网中使用铅酸蓄电池来为所有12V用电器供电,这些用电器包括了全部控制单元以及12V小齿轮式起动机。12V小齿轮式起动机只在冷起动时起动发动机用,在其他时候的起动则由48V皮带驱动的起动发电两用机来完成。48V供电网电路组成简图如图2所示。

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图2-奥迪A8 48V供电网电路组成简图

2.起动发电两用机C29

C29是48V皮带驱动式起动发电两用机。当做发电机时,它为48V蓄电池充电并给变压器(DC-DC)A7输送48V直流电。该电机既可以做起动机用,还可以作为电动机使用,为发动机提供补充动力。起动发电两用机C29是水冷式的,配备有一个电动水泵。C29通过子总线(也常被称作专用CAN总线)来与发动机控制单元进行通讯,通过脉冲宽度调制信号(PWM-信号)来操控起动发电两用机水泵V621。起动发电两用机C29外观和控制原理如图3所示。

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图3-起动发电两用机C29外观和控制原理


起动发电两用机是通过多楔皮带与发动机相连的。起动发电两用机在发电机模式时是从动部件,在电机模式时则是主动部件,因此对皮带张紧器的要求高。

3.48V蓄电池(锂离子电池)A6

奥迪A8上的48V蓄电池安装在行李厢内中间位置(如图4所示),它是锂离子电池,与铅酸蓄电池相比有优势:比如能量密度更高,循环稳定性更好。但这种蓄电池有个缺点:要防止蓄电池电子装置导致蓄电池格深度放电。因为这种深度放电会导致蓄电池格短路和蓄电池损坏。

机械损坏也会导致内部短路,潮气进入也会产生化学反应,因此要防止蓄电池壳体损坏。由于壳体是塑料制的,因此蓄电池在车上是安装在保护罩内,这个保护罩是金属制成的,用夹板固定在车的低板上。

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图4-48V蓄电池安装位置


48V蓄电池由控制单元、13个锂离子电池格、继电器、保险丝和冷却风扇等组成。48V蓄电池内的控制单元会测量各个电池格的电压和温度,并把这些数据传送给数据总线诊断接口J533。如果蓄电池温度超过了28℃,那么该控制单元会接通内部的冷却风扇。48V蓄电池内部结构如图5所示。

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图5-48V蓄电池内部结构图


48V蓄电池控制单元上连接有安全气囊控制单元J234的信号线。在安全气囊被触发的情况下,48V蓄电池中的继电器会断开,断开48V供电网的供电输出。

发动机运转时,直接由起动发电两用机给48V蓄电池充电。在使用外部的12V充电器进行充电时,48V蓄电池通过变压器(DC-DC)A7充电。充电器不可直接连接到48V蓄电池上。

4.变压器(DC-DC)A7

变压器(DC-DC)A7是双线变压器,一方面发电机发出的48V电压可以转换为12V电压来给12V蓄电池充电。在满足特定前提条件时,可将12V转换成48V电压,比如说把外部充电器经跨接起动点接到车辆上。变压器(DC-DC)A7安装在行李厢右后装饰板的后面,在12V蓄电池的上方,移开盖板可以看到。变压器(DC-DC)A7安装位置如图6所示,变压器(DC-DC)A7组成和外部接口如图7所示。

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图6-变压器(DC-DC)A7安装位置


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图7-变压器(DC-DC)A7组成和外部接口


变压器(DC-DC)A7上端子40的导线连接插接器以及端子41和端子30螺纹销都有护盖保护。先脱开并掀开护盖,才能接触到这些连接。10针插接器可防止护盖脱开(移动),只有先拔下变压器(DC-DC)A7上的插接器,护盖才会脱开。随后就可以掀开护盖并接触到这些连接了。

在维修48V供电网前需要先断开48V供电输出。系统中没有类似维修开关类的装置。只能通过车辆诊断仪“故障导航”——“诊断断电”程序断开48V供电。在完成检修工作后,同样需借助车辆诊断仪中“故障导航”里的检查程序来让48V系统再次进入工作状态。


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